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云计算和人工智能的普及——推动了海量数据流的产生——使得数据中心内部及数据中心之间对超高速、高能效光链路的需求日益增长；这些链路必须能够提供远超当前200Gb/s标准的数据传输速率。将新型材料异构集成到硅光子平台上，将为这种短距离和短程互连提供下一代电光调制器和探测器。
其中一种杰出的材料是铌酸锂（LiNbO₃），它以高电光系数而闻名，非常适合高速光通信系统。另一种竞争者是钽酸锂（LiTaO₃），它因其电光稳定性、高损伤阈值和紫外透过性而备受青睐——这些特性使其成为高功率、温度敏感型应用以及短波长系统的理想选择。
然而，这两种材料都含有锂，这使得它们与标准CMOS制造工艺的兼容性变得复杂。此外，将高速光电探测器等其他组件与这些材料集成也绝非易事。
为了应对这些挑战，人们正在探索各种集成方法。例如，晶圆键合技术已成功应用于铌酸锂，但其成本高昂且效率低下——因为键合后大部分材料必须去除，并且还需要许多额外的键合后处理步骤。
现在，imec 推出了微转移印刷技术，这是一种很有前景的替代方案，可将 LiNbO₃ 和 LiTaO₃ 异质集成到硅光子平台上。
在欧洲光通信会议 ( ECOC ) 上，imec 和根特大学的研究人员展示了一条O 波段320Gb/s 的非放大光链路，该链路使用 2 公里的标准单模光纤，并采用了与标准 CMOS 制造完全兼容的新型高速集成电路。
该概念验证技术是世界首创，它利用高带宽100 GHz 锗光电二极管和转移印刷的薄膜铌酸锂马赫-曾德尔调制器 (MZM) 连接到 imec 的硅光子平台上，并与定制设计的行波驱动器和跨阻放大器 (TIA) 共同封装。
这一突破使imec成为首家实现薄膜铌酸锂器件与硅光子器件无缝集成的公司。该团队的工作包括调整和改进合适的硅光子工艺流程，以及共同开发光子集成电路（PIC）和电子集成电路（EIC），以实现最佳性能。最终的概念验证表明，这为实现单通道400 Gb/s的光互连提供了潜在途径。
在《自然·光子学》杂志的一篇文章中描述了另一项开创性成就，即首次在硅光子集成电路上实现了 LiTaO₃ 调制器的异质集成。
该方法采用与之前应用于铌酸锂相同的微转移印刷技术，确保与整个晶圆堆叠完全兼容。它能够与其他组件（例如加热器、滤波器和锗光电探测器）无缝集成，而不会影响它们的性能。
“基于我们对铌酸锂的研究，我们发现同样的微转移印刷技术也可以应用于钽酸锂，这证明了该技术的卓越多功能性，”该研究论文的第一作者玛格特·尼尔斯评论道。
“这让我们更有信心，随着新材料的出现，我们将能够同样有效地将它们集成到硅光子学中——从而为下一代光互连奠定基础。”
这些研究成果体现了imec致力于突破高速光电子电路设计界限的雄心。尽管在该方法完全成熟并实现商业化应用之前，仍有大量工作要做，但探索新材料并将这些进展融入下一代概念验证中，是迈向400Gb/s光互连里程碑的关键一步。
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（来源：编译自techxplore）
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